CN104728067A - 压电式车体减震器能量采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电式车体减震器能量采集系统，主要包括压力传动系统、能量转化系统、电能收集系统。压力传动系统与能量转化系统之间行位密配，压力传动系统通过齿轮咬合转动将线性行为转化为轴的转动行为，再通过凸轮与能量转化系统的转动块之间滑动相接，将减震器震动的单次线性行位转化为凸轮冲击压电陶瓷的多次线性行为，压电陶瓷高频形变，不断产生电能输入到电能收集系统。该发明设计的能量收集过程充分运用了齿配合将单次动作转变为多次冲击，极大地提高了车体震动能量的利用率，同时，采用多层压电陶瓷进行能量转化，最大程度的运用压电陶瓷的机电转化特性，从而提高了能量转化率。
Description
技术领域
本发明涉及一种车体减震器发电系统，尤其涉及一种采用压电陶瓷进行车体压电减震器发电的系统。
背景技术
随着世界经济发展，能源消耗剧增，依靠肆意攫取有限的不可再生能源并非长久之策，加上石油等重要能源带来的温室效应影响已到了不可忽视的地步，人类正面临着前所未有的能源危机。在这种时代背景下，开发绿色新能源和有效的节能方式，成为一种趋势。
在节能方面，车体作为人类主要的代步工具，其踪迹遍布全球各个角落，消耗着50%的开采石油，每天排放出上千万吨二氧化碳温室气体。如何有效减少车体能源消耗和温室气体排放已成为一个重要研究课题。
车体减震器发电作为创新节能项目在最近几年才得到重视并开发。美国纽约州立大学的科学家开发出了一种新型发电减震器，这种由一个小型磁控管和一个空心线圈组成的减震器能够将车体行驶过程中产生的颠簸和振动转化为电能。车辆试验显示，安装在一辆中型客车中的新型减震器，在车辆以60英里的时速在正常的道路上行驶时，可以产生100到400瓦的能量；在较为颠簸的道路上行驶则能产生1600瓦的能量；而将其在卡车和越野车上进行应用时，根据路面质量的不同可以产生 1到10千瓦的能量，这些由减震器产生的电能既能为车体电池充电，也能为车辆上的其他电子设备提供电力支持，功率一般可达到250到350瓦。该装置的应用可大幅减少车辆发电机的负荷（普通车辆发电机的功率约为500到600 瓦）。如果按此计算，这种能量采集装置可以将普通燃油车体的燃油经济性提高1%到4%，将油电混合动力车体的燃油经济性提高8%。但这种减震器结构复杂，制作成本高，更换这种新型减震器所产生的成本，对普通载客车体而言需3到4年才能收回成本，对卡车而言收回成本也要1到2年。另外，受路况影响，发电功率不稳定。
同时国内也有一些发电减震器的专利，比如中国专利申请号201010214760的“车辆液压发电减震器”。由阀路、液压缸、液压马达、发电机组成，通过减震器活塞运动，将油液泵入液压缸储存，再释放出来驱动液压马达工作，液压马达带动发电机发电。这种发电减震器结构较为简单，但其使用液压马达来带动发电机发电的方式，因为液压马达将静压能转换为转子动能的效率比较低，所以整体的发电效率必然降低。同时，外形结构决定了其难以安装以更换现有减震器，缺乏实用性。
另外，像国内专利申请号201020677769.4的“一种压电式能量回收减震器”，利用压电陶瓷作为换能部件，但是该结构与车体直接联动，动作频率相同，这样仅能收集车体单次震动一小部分能量，不能最大程度的利用车体震动产生的能量。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种压电减震器发电系统，该发电系统自身结构简单、转化效率高、工作稳定、实用性强，而且其所用减震器可以设计在现有减震器存在空间进行单独安装，方便增加与更换，易于推广。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压电式车体减震器能量采集系统，包括压力传动系统和能量转化系统，
所述压力传动系统包括盖板、外壳、底座、定位销、齿条、左轴承、轴、齿轮、凸轮和右轴承，外壳固定安装在车身上，底座与齿条通过定位销连接并固定于减震器的活动杆上，轴的两端分别固定齿轮和凸轮，并通过左轴承和右轴承固定在外壳上，所述盖板与外壳固定一体，所述外壳固定于车身，底座与齿条一体固定于减震器的活动杆上；
所述能量转化系统包括螺栓夹具、压电陶瓷、外引导线，所述螺栓夹具由上夹板、螺栓、垫片、下夹板、螺帽及转动块构成，所述上夹板固定于压力传动系统中的盖板上，所述压电陶瓷通过螺栓、垫片及螺帽被固定于上夹板和下夹板之间，转动块两端嵌于下夹板上与压力传动系统的凸轮滑动相接；
压力传动系统与能量转化系统之间行位密配，压力传动系统通过齿轮咬合转动将线性行为转化为轴的转动行为，再通过凸轮与能量转化系统的转动块之间滑动相接，将减震器震动的单次线性行位转化为凸轮冲击压电陶瓷的多次线性行为，压电陶瓷高频形变，不断产生电能输入到电能收集系统。
作为本发明的进一步改进，所述凸轮的凸起为弧形，转动块为圆轴，凸轮转动带动转动块。
作为本发明的进一步改进，所述压电陶瓷为多层压电陶瓷，是具有压电特性的含铅压电陶瓷、或是无铅压电陶瓷，也可为具有压电特性的有机高分子材料；所述压电陶瓷的极化方向与下夹板垂直，即采用d33模式进行压电转换，也可与下夹板平行，即采用d31模式进行压电转换。
压力传动系统与能量转化系统之间行位密配，压力传动系统通过齿轮咬合转动将线性行为转化为轴的转动行为，再通过凸轮与能量转化系统的转动块之间滑动相接，将减震器震动的单次线性行位转化为凸轮冲击压电陶瓷的多次线性行为，压电陶瓷高频形变，不断产生电能输入到电能收集系统。
本发明的有益效果是：本发明通过齿轮将与车体联动的单次线性行为转化为多次转动，且最终对压电陶瓷产生单向重复的冲击行为，极大地提高了压电陶瓷在车体震动过程中的能量回收。本发明相对车体独立，安装方便，成本低，易于推广。
附图说明
图1为本发明所述压电式车体震动能量采集系统的结构爆炸示意图；
图2为本发明所述压电式车体震动能量采集系统结构立体图；
结合附图，作以下说明：
1——压力传动系统；2——能量转化系统；10——盖板；11——外壳；12——底座；13——定位销；14——齿条；15——左轴承；16——轴；17——齿轮；18——凸轮；19——右轴承；21——螺栓夹具；22——压电陶瓷；23——外引导线；211——上夹板；212——螺栓；213——垫片；214——下夹板；215——螺帽；216——转动块。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，盖板10、外壳11、底座12、定位销13、齿条14、 左轴承15、轴16、齿轮17、凸轮18和右轴承19组成压力传动系统1，其中外壳11固定安装在车身上，底座12与齿条14通过定位销13连接并固定于减震器的活动杆上，轴16的两端分别固定齿轮17和凸轮18，并通过左轴承15和右轴承19固定在外壳11上，所述盖板10与外壳11固定一体。
上夹板211、螺栓212、垫片213、下夹板214、螺帽215及转动块构成螺栓夹具21，螺栓夹具21、压电陶瓷22与外引导线23组成能量转化系统2。上夹板211固定于压力传动系统1中的盖板10上，压电陶瓷22通过螺栓212、垫片213及螺帽215被固定于上夹板211和下夹板214之间，转动块216两端嵌于下夹板214上与压力传动系统1的凸轮18滑动相接。
当车体发生震动时，减震器震动并将震动传递给固定在其上的底座12，底座带动齿条14上下动作，齿条14随之带动齿轮17旋转，实现车体震动的线性动作向转动动作的转变，同时，在轴16的另一端，凸轮18转动，将冲击力作用在能量转化系统2的转动块216上，转动块216再将力依此传递给下夹板214、压电陶瓷22，最终压电陶瓷22发挥其机电转化特性，将承受的压力转化能量为电能。减震器的活动随车体震动上下动作，带动齿条14上下动作，自然地带动齿轮17与凸轮18顺时针、逆时针旋转，关键的凸轮18发生两种旋转时，对能量转化系统2的冲击是同向的，即使压电陶瓷22受压，且凸轮18的半径大于齿轮17的半径，如此对压电陶瓷22形成倍次冲击，大大提高了压电陶瓷22进行机电转化的频次及车体减震能量收集的效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种压电式车体减震器能量采集系统，其特征在于：包括压力传动系统（1）和能量转化系统（2），
所述压力传动系统（1）包括盖板（10）、外壳（11）、底座（12）、定位销（13）、齿条（14）、左轴承（15）、轴（16）、齿轮（17）、凸轮（18）和右轴承（19），外壳（11）固定安装在车身上，底座（12）与齿条（14）通过定位销（13）连接并固定于减震器的活动杆上，轴（16）的两端分别固定齿轮（17）和凸轮（18），并通过左轴承（15）和右轴承（19）固定在外壳（11）上，所述盖板（10）与外壳（11）固定一体，所述外壳（11）固定于车身，底座（12）与齿条（14）一体固定于减震器的活动杆上；
所述能量转化系统（2）包括螺栓夹具（21）、压电陶瓷（22）、外引导线（23），所述螺栓夹具由上夹板（211）、螺栓（212）、垫片（213）、下夹板（214）、螺帽（215）及转动块（216）构成，所述上夹板（211）固定于压力传动系统（1）中的盖板（10）上，所述压电陶瓷（22）通过螺栓（212）、垫片（213）及螺帽（215）被固定于上夹板（211）和下夹板（214）之间，转动块（216）两端嵌于下夹板（214）上与压力传动系统（1）的凸轮（18）滑动相接；
压力传动系统（1）与能量转化系统（2）之间行位密配，压力传动系统（1）通过齿轮（17）咬合转动将线性行为转化为轴（16）的转动行为，再通过凸轮（18）与能量转化系统（2）的转动块（216）之间滑动相接，将减震器震动的单次线性行位转化为凸轮（18）冲击压电陶瓷（22）的多次线性行为，压电陶瓷（22）高频形变，不断产生电能输入到电能收集系统。
2.根据权利要求1所述的压电式车体减震器能量采集系统，其特征在于：所述凸轮（18）的凸起为弧形，转动块（216）为圆轴，凸轮（18）转动带动转动块（216）。
3.根据权利要求1所述的压电式车体减震器能量采集系统，其特征在于：所述压电陶瓷（22）为多层压电陶瓷，是具有压电特性的含铅压电陶瓷、或是无铅压电陶瓷，也可为具有压电特性的有机高分子材料；所述压电陶瓷（22）的极化方向与下夹板（214）垂直，即采用d33模式进行压电转换，也可与下夹板（214）平行，即采用d31模式进行压电转换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150624 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |